DE3707986C2

DE3707986C2 -

Info

Publication number: DE3707986C2
Application number: DE3707986A
Authority: DE
Inventors: Thomas 7830 Emmendingen De Meinert
Original assignee: Erwin Sick Optik-Elektronik 7808 Waldkirch De GmbH
Current assignee: Erwin Sick Optik-Elektronik 7808 Waldkirch De GmbH
Priority date: 1987-03-12
Filing date: 1987-03-12
Publication date: 1989-05-11
Also published as: DE3707986A1; EP0281748A2; EP0281748A3; JPS64482A; US4816667A

Description

Die Erfindung betrifft eine Reflexionslichtschranke mit einem Lichtsender-Empfänger, der eine Sendefrontlinse für das Sende licht und eine größere Empfangsfrontlinse für das Empfangslicht aufweist, sowie mit einem am Ende der Lichtschrankenstrecke angeordneten Tripelreflektor mit einer Vielzahl von Einzeltri peln, wobei eine der Frontlinsen eine konvex gekrümmte Pupille und die andere eine dazu komplementär abschnittsweise konkav gekrümmte Pupille hat, und wobei die Frontlinien längs der kom plementär gekrümmten Pupillenränder aneinandergrenzend mit ver setzten optischen Achsen benachbart angeordnet sind, um sowohl bei einer Anordnung des Tripelreflektors in einem Nah- als auch in einem Fernbereich - bei freier Lichtschrankenstrecke - eine ausreichende Lichtmenge zum Empfänger zu lenken.The invention relates to a reflection light barrier with a Light transmitter-receiver that has a transmission front lens for transmission light and a larger reception front lens for the reception light has, as well as with one at the end of the light barrier path arranged triple reflector with a variety of single tri peln, with one of the front lenses having a convexly curved pupil and the other a concave complementary sections has curved pupil, and the front lines along the com complementary curved pupil edges adjoining with ver set optical axes are arranged adjacent to both with an arrangement of the triple reflector in a near as well in a long range - with a free light barrier section - one direct sufficient amount of light to the receiver.

Für Reflexionslichtschranken, bei denen Sender und Empfänger in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, bieten sich zwei prinzipielle Lösungsmöglichkeiten an. For retro-reflective sensors, where the transmitter and receiver are arranged in a common housing two basic solutions.

Zum einen wird das strenge Autokollimationsprinzip angewandt, bei dem Sender und Empfänger eine gemeinsame Pupille besitzen und die Trennung von Sende- und Empfangskanal durch einen Tei lerspiegel erfolgt, welcher zwischen dem Sender bzw. Empfänger einerseits und dem Objektiv andererseits vorgesehen ist.On the one hand, the strict autocollimation principle is applied, where the transmitter and receiver have a common pupil and the separation of transmit and receive channels by a part Mirror is carried out between the transmitter or receiver on the one hand and the lens on the other hand is provided.

Weiter ist es bereits bekannt, eine Reflexionslichtschranke mit zwei getrennten, aber unmittelbar nebeneinanderliegenden Pupil len für Sender und Empfänger zu verwenden, wobei der Umstand ausgenutzt wird, daß die normalerweise bei Lichtschranken ver wendeten Retroreflektoren, die z. B. aus vielen Tripelspiegel segmenten oder Reflexfolien bestehen, das auffallende Licht nicht in idealer Weise in sich zurückreflektieren, sondern in nerhalb eines mehr oder weniger großen Streuwinkels. Bei zwei eng benachbarten Pupillen wird aufgrund dieser nicht idealen Eigenschaft der Retroreflektoren ein Teil des ausgesandten Lich tes in den Empfänger reflektiert.Furthermore, it is already known to have a reflection light barrier two separate, but directly adjacent pupil len to use for sender and receiver, the circumstance is exploited that the ver normally with light barriers used retroreflectors z. B. from many triple mirrors segments or reflective foils, the striking light not reflect back in itself in an ideal way, but in within a more or less large scattering angle. With two closely adjacent pupils will not be ideal because of this Retroreflectors feature part of the emitted Lich reflected in the receiver.

Problematisch sind beide Arten von bekannten Reflexionslicht schranken im Nahbereich, wobei ungestörtem Lichtschrankenweg entweder ein sehr starkes Empfängersignal (Autokollimations lichtschranke) oder ein sehr geringes Empfangssignal (mit zwei Frontlinsen arbeitende Lichtschranke) erzielt wird.Both types of known reflection light are problematic barriers in the close range, with undisturbed light barrier path either a very strong receiver signal (autocollimation light barrier) or a very low received signal (with two Front lens working light barrier) is achieved.

Das Problem, die Empfindlichkeit einer Lichtschranke im Nahbe reich zu verbessern, ist bei der aus dem DE-GM 73 00 004 be kannten Reflexionslichschranke der eingangs genannten Art an gesprochen. Diese hat einen Lichtsender-Empfänger mit zwei Frontlinsen für das Sende- bzw. das Empfangslicht, die an einer länglichen Grenzlinie aneinanderstoßen, so daß eine Aperturtei lung verwirklicht ist. Bei einer ersten Variante sind die Front linsen entlang von die Grenzlinie bildenden Sekanten abgeflacht und etwa gleich groß. Bei einer zweiten Variante hat die Grenz linie einen gekrümmten Verlauf. Der Grundriß der Sendefrontlinse ist zweieckig konkav, und der Grundriß der größeren Empfangs frontlinse zweieckig konvex.The problem, the sensitivity of a light barrier in the near To improve richly, be from DE-GM 73 00 004 known reflection light barrier of the type mentioned spoken. This has a light transmitter receiver with two Front lenses for the transmitting or receiving light, which on a meet the elongated boundary line so that an aperture is realized. In a first variant, the front lenses flattened along secants forming the boundary line and about the same size. In a second variant, the limit line a curved course. The layout of the transmission front lens is triangular concave, and the floor plan of the larger reception front lens triangular convex.

Die DE-PS 7 65 353 betrifft ein Lichtstrahlengitter bzw. einen Lichtstrahlenvorhang, der im Prinzip eine Reflexionslichtschran ke mit einem mehrfach hin- und hergeworfenen Lichtbündel ist. Als Reflektoren sind Tripelspiegel vorgesehen, und es werden Angaben gemacht, wie diese Tripelspiegel in bezug auf den Quer schnitt des Lichtbündels zu dimensionieren sind.DE-PS 7 65 353 relates to a light beam grid or one Light beam curtain, which is basically a reflection light barrier ke with a light beam that is thrown back and forth several times. Triple mirrors are provided as reflectors, and there will be Specified how this triple mirror with respect to the cross section of the light beam.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Reflexionslichtschranke der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der im Fall einer unge störten Lichtschrankenstrecke und bei im Nahbereich angeordnetem Retroreflektor ein Empfangssignal erhalten wird, welches im wesentlichen gleich groß wie das bei im Fernbereich angeordnetem Retroreflektor enthaltene Empfangssignal ist.The object of the invention is a reflection light barrier to create the type mentioned in the case of an untoward interfered with the light barrier path and if the Retroreflektor a received signal is obtained, which in essentially the same size as that in the remote area Retroreflector received signal is included.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Sen depupille kreisförmig und in einem komplementären kreisförmigen Ausschnitt der im übrigen ebenfalls kreisförmigen Empfangspu pille angeordnet ist, derart, daß die Grenzlinie zwischen der Sendepupille und der Empfangspupille durch den Radius der Sen depupille bestimmt ist, und daß die Basisgröße der Einzeltripel, der Radius der Sendepupille und die Länge der Grenzlinie zwi schen der Sende- und der Empfangspupille so zueinander bemessen sind, daß bei Anordnung des Tripelreflektors im Nahbereich des Lichtsender-Empfängers die aufgrund des Tripelversatzes in die Empfangspupille gelangende Lichtmenge im wesentlichen der Licht menge bei im Fernbereich angeordnetem Tripelreflektor ent spricht.To achieve this object, the invention provides that the Sen depupille circular and in a complementary circular Section of the otherwise circular reception spot pill is arranged such that the boundary line between the Transmission pupil and reception pupil through the radius of the sen depupille is determined, and that the basic size of the single triple, the radius of the transmission pupil and the length of the border line between between the transmitting and the receiving pupil are that when the triple reflector is arranged in the vicinity of the Light transmitter-receiver due to the triple offset in the The amount of light entering the receiving pupil is essentially the light amount with triple reflector arranged in the far range speaks.

Dank der kreisförmigen Pupille der Sendefrontlinse kann das Sendelichtbündel ohne optische Fehler und in einwandfreier An passung an die Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle mit einem optimalen Öffnungswinkel erzeugt werden. Das abschnittsweise Einbeschreiben der kleineren Sendefrontlinse in die größere Empfangsfrontlinse stört deren Apertur nur wenig, so daß emp fangsseitig gute optische Abbildungseigenschaften gewahrt sind, und die durch die größere Fläche der Sendefrontlinse gewährlei stete Lichtstärke und große Reichweite der Lichtschranke erhal ten bleiben. Abgesehen von herstellungstechnischen Vorteilen ist dadurch, daß die Krümmung der Grenzlinie zwischen den Front linsen durch die Randkrümmung der kleineren Sendefrontlinse bestimmt ist, die Krümmung der Grenzlinie relativ stark. Damit wird der Tripelversatz, der bei der Reflexion des Sendelichts bei jedem Einzeltripel an dem Tripelspiegel auftritt, effektiv dazu ausgenutzt, insbesondere im Nahbereich vor dem Lichtsen der-Empfänger auf optisch exakte Weise ohne die Ausnutzung von nicht idealen Streueffekten Empfangslicht in die Empfangsfront linse zu lenken. Die Einzeltripel herkömmlicher Tripelreflekto ren sind ja in parallelen und orthogonalen Reihen angeordnet. Das davon zurückgeworfene Licht überschreitet aufgrund des Tri pelversatzes eine Grenzlinie zwischen Sende- und Empfangsfront linse im statistischen Mittel dann häufiger, wenn diese Grenz linie stärker gekrümmt ist. Eine vorteilhafte Steigerung erfährt dieser Effekt durch eine geeignete Abstimmung der Basisgröße der Einzeltripel.Thanks to the circular pupil of the transmission front lens, this can be done Beam of light without optical errors and in perfect condition Match the radiation characteristics of the light source with one optimal opening angle are generated. That in sections Inscribe the smaller transmission front lens in the larger one Front lens interferes little with their aperture, so that emp good optical imaging properties are maintained on the catch side, and which guarantee by the larger area of the transmission front lens constant light intensity and long range of the light barrier stay. Apart from manufacturing advantages is that the curvature of the boundary line between the front lenses through the edge curvature of the smaller transmission front lens is determined, the curvature of the boundary line is relatively strong. In order to becomes the triple offset that occurs when the transmitted light is reflected occurs with every single triple on the triple mirror, effectively used for this, especially in the vicinity of the light sensor the receiver in an optically exact manner without the use of not ideal scattering effects reception light in the reception front to steer the lens. The single triples of conventional triple reflectors ren are arranged in parallel and orthogonal rows. The light reflected from it exceeds due to the tri pelversatzes a boundary line between the transmit and receive front The statistical average lens is more common when this limit line is more curved. An advantageous increase is experienced this effect through a suitable adjustment of the basic size the single triplet.

Besonders vorteilhafte Dimensionierungen ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 4.Particularly advantageous dimensions result from the Claims 2 to 4.

Da bei einer Lichtschranke die Feldwinkel für Sender und Emp fänger (Bestrahlungs- und Empfangskeule) im allgemeinen klein gehalten werden, muß für die unterschiedlichen Zonen des Emp fangsobjekivs der Öffnungsfehler klein gehalten werden. Für das Sendeobjektiv gilt gleiches mit der Einschränkung, daß hier eine Korrektur des Öffnungsfehlers im Bereich der Randzone des Objektives ausreichend ist. Mit diesen Maßnahmen ist der Wir kungsgrad der verschiedenen Trennliniensegmente für das System annähnernd gleich zu halten. Aus diesem Grund kommt der Ausfüh rung nach Anspruch 5 eine besondere Bedeutung zu.Since the field angle for the transmitter and Emp catcher (radiation and reception lobe) generally small must be held for the different zones of the emp fangsobjekivs the opening errors are kept small. For the transmitting lens applies the same with the restriction that here a correction of the opening error in the area of the edge zone of the Objective is sufficient. With these measures, we are efficiency of the different dividing line segments for the system to keep almost the same. That is why the execution comes tion according to claim 5 a special meaning.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand von Figuren erläutert; es zeigtThe invention is described below, for example, using figures explained; it shows

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Reflexionslichtschranke, Fig. 1 is a schematic side view of a reflective light barrier,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Reflexionsschranke und Fig. 2 is a schematic side view of a reflection barrier according to the invention and

Fig. 3 eine schematische Vorderansicht des Gegenstandes der Fig. 2. Fig. 3 is a schematic front view of the object of FIG. 2.

Nach Fig. 1 ist in einem Lichtsender-Empfänger 14 eine Licht quelle 20 angeordnet, die über einen nicht dargestellten Kondensor und eine Blende einen eine Frontlinse 18 mit einer Sendepupille 15 ausleuchtet und so ein paralleles Sendelicht bündel 21 erzeugt. Angrenzend an die Frontlinse 18 für das Sendelicht ist eine Frontlinse 19 für das Empfangslicht im Lichtsender-Empfänger 14 angeordnet, hinter der sich in der Brennebene ein Fotoempfänger 22 befindet. FIG. 1 is a light in a light transmitter-receiver 14 source 20 that illuminates via a condenser not shown and an aperture a a front lens 18 having a transmitting pupil 15 and produces so a parallel transmitted light beam 21. Adjacent to the front lens 18 for the transmitted light, a front lens 19 for the received light is arranged in the light transmitter-receiver 14 , behind which there is a photo receiver 22 in the focal plane.

Wird bei einer derartigen Reflexionslichtschranke ein Tri pelreflektor 13′ in der in Fig. 1 gestrichelt angedeuteten Weise im Fernbereich des Lichtsender-Empfängers 14 angeord net, so wird ein Teil des auf den Reflektor 13′ auftreffen den Sendelichts innerhalb einer engen Reflexionskeule ge streut. Auf diese Weise kann ein beispielsweise bei 23 ange deuteter Streulichtstrahl durch die eine Pupille 16 aufwei sende Frontlinse 19 auf den Fotoempfänger 22 gelangen und dort ein entsprechendes elektrisches Empfangssignal erzeu gen. If such a reflection light barrier a Tri pelreflektor 13 ' in the manner indicated in dashed lines in Fig. 1 in the far range of the light transmitter-receiver 14 angeord net, part of the incident on the reflector 13' will strike the transmitted light within a narrow reflection lobe ge. In this way, a scattered light beam, for example indicated at 23, can pass through the pupil 16 having a front lens 19 onto the photo receiver 22 and generate a corresponding electrical reception signal there.

Würde der übliche Tripelreflektor 13′ im Nahbereich des Licht sender-Empfängers 14 angeordnet, so würde nur noch eine so geringe Lichtmenge in den Empfangsteil eintreten, daß eine vorbestimmte Schaltschwelle nicht mehr überschritten werden könnte.If the usual triple reflector 13 'was arranged in the vicinity of the light transmitter-receiver 14 , then only such a small amount of light would enter the receiving section that a predetermined switching threshold could no longer be exceeded.

Aus diesem Grunde weist der Tripelreflektor 13 Einzeltripelspiegel 11 mit verbreiterter Basis B auf, wo durch der Tripelversatz V derart erhöht wird, daß auch bei Anordnung des Tripelreflektors 13 im Nahbereich des Licht sender-Empfängers 14 noch eine solche Lichtmenge in die Front linse 19 und damit auf den Fotoempfänger 22 gelangt, daß das Empfangssignal sich bei im Nahbereich angeordnetem Tripel reflektor 13 nicht wesentlich von dem Empfangssignal unter scheidet, welches bei Anordnung des Tripelreflektor 13 im Fernbereich erzeugt wird. Die flächenmäßige Ausdehnung des Tripelreflektors 13 muß so sein, daß er sich zumindest soweit auch über die Frontlinse 19 bzw. die Empfangspupille 16 erstreckt, daß das am Rande der Sende pupille 15 austretende Licht über Einzeltripelspiegel 11 in die Frontlinse 19 gelangen kann.For this reason, the triple reflector 13 has a single triple mirror 11 with a broadened base B , where the triple offset V increases such that even when the triple reflector 13 is arranged in the vicinity of the light transmitter-receiver 14 , such a quantity of light in the front lens 19 and thus reaches the photo receiver 22, that the received signal is arranged in the reflector in the vicinity of triple 13 not significantly different from the reception signal under separates, which is produced upon arrangement of the cube corner reflector 13 in the far range. The areal extension of the triple reflector 13 must be such that it extends at least as far over the front lens 19 or the reception pupil 16 that the light emerging at the edge of the transmission pupil 15 can reach the front lens 19 via single triple mirror 11 .

Nach den Fig. 2 und 3 ist ein handelsüblicher Tripelreflektor 13′ mit relativ kleinen Einzeltripelspiegeln 11′ verwendet, so daß der Tripelver satz V allein nicht ausreichen würde, um den Reflexions lichtverlust bei Anordnung des Tripelreflektors im Nahbe reich des Lichtsender-Empfängers auszugleichen.According to FIGS. 2 and 3, a commercially available cube corner reflector 13 'having relatively small Einzeltripelspiegeln 11' are used so that the Tripelver set V alone would be insufficient to the reflection loss of light in the arrangement of triple reflector in Nahbe range of the light transmitter-receiver offset.

Aus diesem Grunde weist die Reflexionslichtschranke nach den Fig. 2 und 3 die einen größeren Durchmesser aufweisende Frontlinse 19 für das Empfangslicht mit der Empfangspupille 16 einen kreisförmigen Ausschnitt 17 auf, in welchem die einen kleineren Durchmesser aufweisende Frontlinse 18 für das Sendelicht angeordnet ist, so daß zwischen den ineinan derpassenden Sende- und Empfangspupillen 15, 16 eine kreis ausschnittförmige Grenzlinie 12 vorliegt. Hierdurch wird die Grenzlinie zwischen der Sendepupille 15 und der Empfangs pupille 16 erheblich verlängert, was zur Folge hat, daß auf grund des Tripelversatzes V von einem größeren Bereich des Tripelreflektors 13′ versetzte Lichtstrahlen in das Front objektiv 19 bzw. die Empfangspupille 16 gelangen. Bei Anord nung des Tripelreflektors 13′ im Nahbereich des Lichtsender- Empfängers 14 wird also trotz der relativ kleinen Ausbildung der Einzeltripelspiegel 11′ eine durch den Tripelversatz V bedingte ausreichende Lichtmenge in den Empfangsteil des Lichtsender-Empfängers 14 gelenkt.For this reason, the reflection light barrier according to FIGS . 2 and 3, the front lens 19 having a larger diameter for the reception light with the reception pupil 16 has a circular cutout 17 in which the front lens 18 having a smaller diameter is arranged for the transmission light, so that there is a circular cut-out boundary line 12 between the matching transmit and receive pupils 15 , 16 . As a result, the boundary line between the transmitting pupil 15 and the receiving pupil 16 is considerably lengthened, which has the result that due to the triple offset V from a larger area of the triple reflector 13 ' offset light beams enter the front lens 19 or the receiving pupil 16 . When arranging the triple reflector 13 ' in the vicinity of the light transmitter-receiver 14 , a sufficient amount of light due to the triple offset V is directed into the receiving part of the light transmitter-receiver 14 despite the relatively small design of the single triple mirror 11' .

Der Basisabstand A der Sendepupille 15 von der Empfangs pupille 16 beträgt ca. die Hälfte der Empfangsapertur D _E der Empfangspupille, während das Verhältnis des Durchmes sers D _s der Empfangspupille zum Durchmesser D _E der Empfangs pupille 16 zweckmäßigerweise etwa 1 : 1,5 beträgt.The basal spacing A of the transmission pupil 15 of the reception of pupil 16 is approximately half of the receive aperture _E of the reception pupil, while the ratio of diam sers D _s of the reception pupil to the diameter D _E of the reception pupil 16 preferably about 1: 1.5.

Befinden sich zahlreiche Einzel tripelspiegel im Bereich der gekrümmt ausgebildeten Grenzlinie, so mitteln sich etwaige ungünstige Anordnungen einzelner Einzeltripelspiegel heraus, so daß der Retroreflek tor ohne besondere Justiererfordernisse angeordnet werden kann.There are numerous individuals triple mirror in the area of the curved Borderline, so average any unfavorable arrangements single single triple mirror out, so that the retroreflect gate can be arranged without special adjustment requirements can.

Entscheidend für eine große Empfindlichkeit bei kleinem Ab stand des Tripelreflektors vom Lichtsender-Empfänger sind Länge und Radius Grenzlinie 12. Da die Grenzlinie 12 durch den kleineren der beiden Radien (Sendepupille 15) be schrieben ist, ergibt sich neben der vorteilhaften Ausgestaltung der Grenzlinie 12 ein optimaler Öffnungswinkel für den Sender bei vergleichsweise geringen Einbußen für die Empfängerapertur.The length and radius of the limit line 12 are decisive for a high sensitivity with a small distance of the triple reflector from the light transmitter-receiver. Since the boundary line 12 is written by the smaller of the two radii (transmitting pupil 15 ), there is, in addition to the advantageous embodiment of the boundary line 12, an optimal opening angle for the transmitter with a comparatively small loss for the receiver aperture.

Die anhand der Fig. 2 und 3 beschriebene Reflexionslichtschranke weist fol gende Vorteile auf:
Optimale Ausnutzung der Abstrahlkeule des Senders.
Hohe Empfindlichkeit auch bei großen Reichweiten durch große Empfängerapertur.
Verbesserte Empfindlichkeit bei kleinen Abständen Reflektor- Lichtsender-Empfänger durch gekrümmte Grenzlinie und dadurch bessere Ausnutzung des Tripelversatzes bei kleinen Streu winkeln des Reflektors.The reflection light barrier described with reference to FIGS . 2 and 3 has the following advantages:
Optimal use of the transmitter's beam.
High sensitivity even with large ranges thanks to large receiver aperture.
Improved sensitivity with small distances reflector light transmitter-receiver due to curved boundary line and thus better utilization of the triple offset at small scattering angles of the reflector.

Claims

1.Reflection light barrier with a light transmitter-receiver, which has a transmission front lens for the transmission light and a larger reception front lens for the reception light, as well as with a triple reflector arranged at the end of the light barrier path with a large number of individual triplets, one of the front lenses having a convexly curved pupil and the other has a complementary sectionally concave curved pupil, and the front lenses are arranged adjacent to one another along the complementary curved pupil edges with offset optical axes, in order to arrange both the triple reflector in a near and a long range - with a free light barrier path - directing a sufficient quantity of light to the receiver, characterized in that the transmitting pupil ( 15 ) is arranged in a circle and in a complementary circular section ( 17 ) of the otherwise also circular receiving pupil ( 16 ), such that the boundary line ie ( 12 ) between the transmission pupil ( 15 ) and the reception pupil ( 16 ) by the radius of the transmission pupil ( 15 ) is determined, and that the base size (B) of the single triplet ( 11 ), the radius of the transmission pupil and the length of the boundary line ( 12 ) between the transmitting and receiving pupils ( 15, 16 ) are dimensioned so that when the triple reflector ( 13 ) is arranged in the vicinity of the light transmitter-receiver ( 14 ) the pupil due to the triple offset (V) in the receiving pupil ( V) 16 ) quantity of light essentially corresponds to the quantity of light when the triple reflector ( 13 ) is arranged in the far range.

2. reflection light barrier according to claim 1, characterized in that the boundary line ( 12 ) extends over a on the circular transmission pupil ( 15 ) Zen tri angle of 130 ° to 170 °.

3. reflection light barrier according to claim 1 or 2, characterized in that the diameter of the Sen depupille ( 15 ) and the reception pupil ( 16 ) are in a ratio of 1: 1.3 to 1: 1.7.

4. reflection light barrier according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Basisab stood the transmission pupil ( 15 ) to the reception pupil ( 16 ) is 0.3 to 0.7 of the reception aperture.

5. reflection light barrier according to one of claims 1 to 4, characterized in that the opening error of the transmitting and receiving front lens ( 18, 19 ) is largely corrected over the entire opening.